（一）原理
離子交換是指液相中的離子與固定相上可解離基團(tuán)的可逆交換反應(yīng)。利用這個(gè)反應(yīng)先將要分離的混合物在一定pH的溶液中解離，而后流經(jīng)固定相，使之與固定相上的可解離基團(tuán)進(jìn)行離子交換，吸附于固定相上，凡不能進(jìn)行交換吸附的成分，則流出層析柱外。再根據(jù)交換吸附于固定相上的各組分解離度的差別，運(yùn)用不同的pH值或不同鹽濃度的溶液作流動(dòng)相，流過(guò)層析柱將各組分分別再交換洗脫下來(lái)，這樣混合物的各組分即被分開(kāi)，達(dá)到分離的目的，此即為離子交換層析。
離子交換層析中的固定相稱為離子交換劑。它是由在不溶性高分子母體上引入不同的可解離基團(tuán)所構(gòu)成。常用的不溶性高分子母體有纖維素、葡聚糖、瓊脂糖及人工合成的樹(shù)脂等。引入于母體上的活性基團(tuán)主要有酸性或堿性物質(zhì)。由于引入的酸性物質(zhì)可解離出H+離子，能與液相中的陽(yáng)離子交換，故這類離子交換劑稱為陽(yáng)離子交換劑；引入的堿性物質(zhì)可解離出OH－離子，能與液相中的陰離子交換，故將這類離子交換劑稱為陰離子交換劑。
由于引入的酸或堿的強(qiáng)弱不同，兩類離子交換劑又分為不同的型。
酸類物質(zhì)以磺酸基（－SO3H）zui強(qiáng)，引入磺酸基的陽(yáng)離子交換劑稱為強(qiáng)酸型；引入磷酸基（－PO3H2）、亞磷酸基（－PO2H）的稱中強(qiáng)酸型；引入羧基（－COOH）、酚羥基（－OH）的稱為弱酸型。
堿類物質(zhì)主要是引入胺堿。引入季胺[ ―N+（CH3）3 OH― ]基的稱為強(qiáng)堿型；引入叔胺[－N（CH3）2 ]、仲胺（－NHCH3）、伯胺（－NH2）基的稱為弱堿型。
各型離子交換劑國(guó)內(nèi)外都已定型生產(chǎn)，性能和規(guī)格均可查到，本書(shū)附錄四中列舉了一部分。
各型離子交換劑的使用，將由用以分離的物質(zhì)特性及分離的目的而定。
分離蛋白質(zhì)（包括酶）常用纖維離子交換劑。由于蛋白質(zhì)（酶）的分子量很大，在交換反應(yīng)后要占有離子交換劑很大的空間位置，不溶性母體空間位置小的交換劑將無(wú)法與蛋白質(zhì)交換容量很低。纖維素作為不溶性母體是因?yàn)槔w維素具有親水性強(qiáng)，容易溶脹；溶脹后具有舒展的長(zhǎng)鏈，表面積大，使大分子特質(zhì)容易接觸并容納。所以，以纖維素形成的離子交換劑對(duì)蛋白質(zhì)（酶）等大分子物質(zhì)的交換容量大，分辨力強(qiáng)，可以獲得較好的分離效果及較高的因收率；另外纖維構(gòu)成的離子交換劑對(duì)交換的離子吸附力較弱，用比較溫和條件即可洗脫下來(lái)，不影響蛋白質(zhì)（酶）等生物大分子物質(zhì)的活性。纖維素的這些特點(diǎn)使它構(gòu)成的纖維素離子交換劑在生物大分子的分離和純化中得到廣泛的使用。
纖維素上可以引入不同的解離基團(tuán)而形成各型離子交換劑，其中zui常用的是DEAE纖維素和羧甲基纖維素。
DEAE—纖維素（diethylaminoethyl—cellulose，DEAE）是在纖維素上引入二乙基氨基乙基，
它是弱堿型陰離交換劑。吸附蛋白質(zhì)的zui適pH范圍為7～9，pH超過(guò)9.5，DEAE基團(tuán)則不解離帶電荷。每克DEAE含0.96～1.24mmol/L可解離基團(tuán)，與蛋白質(zhì)的交換量可達(dá)75～122mg/100mgDEAE。
交換吸附于離子交換劑上的物質(zhì)，通常利用改變洗脫液pH或提高洗脫液中離子強(qiáng)度的方法洗脫下來(lái)，從而獲得較純的特質(zhì)。當(dāng)在離子交換劑上吸附有幾個(gè)物質(zhì)成分時(shí)，可用兩種方法分別洗脫下來(lái)。其一是用pH或離子強(qiáng)度不同的幾種洗脫液分別洗脫，即在第1種洗脫液洗脫下第1個(gè)成分后，換成第2種洗脫另一成分，再換第3種洗脫液脫下第3個(gè)成分，如此洗脫下所有的成分，這種方法稱為分段洗脫法。其二是在洗脫的過(guò)程中逐步改變洗脫液的離子強(qiáng)度，從稀到濃，逐步將各種成分洗脫下來(lái)，這種方法稱為梯度洗脫法。與分段洗脫法相比，梯度法使被洗脫成分的“拖尾"現(xiàn)象較小，分辨率高。
應(yīng)用離子交換劑來(lái)純化物質(zhì)，可以是把要純化的物質(zhì)成分交換吸附于離子交換劑上，然后再分別洗脫下來(lái)獲得純品，或者把不需要的成分吸附于離子交換劑上，需要的成分直接流出，得到純品。本實(shí)驗(yàn)采用DEAE-纖維素層析柱純化血清IgG，利用pH6.7的緩沖液溶解樣品IgG，此時(shí)IgG粗物中除IgG外，其他雜蛋白均帶上不同數(shù)量的負(fù)電荷，可以和DEAE上的陰離子發(fā)生交換吸附于柱上。IgG因不解離帶電，而不發(fā)生交換吸附，利用此特點(diǎn)，讓溶解后的樣品流過(guò)DEAE纖維素柱，即可直接收集到較純的IgG。